С момента, когда животные начали делить планету с новым биологическим видом — человеком разумным, — среда обитания для них стала в разы враждебнее. Выживает наиболее приспособленный, и успешная адаптация человека к окружающей среде нередко оборачивалась вымиранием других видов. От некоторых из них нам на память остались лишь чучела да очерки в древних энциклопедиях.

Стеллерова корова

Сложно найти какое-нибудь животное, которое было бы истреблено человечеством так же быстро, как стеллерова корова. У нее (или, скорее, у нас?) в этом трагическом зачете абсолютный рекорд — всего 27 лет прошло с момента открытия вида до его полного исчезновения. Первым морскую корову описал в 1741 году врач экспедиции Беринга, Георг Стеллер, в честь которого и было названо животное. Ареал обитания этих коров ограничивался Командорским островами, причем держались они в основном у самых берегов, поскольку, судя по всему, не умели нырять. Морская корова относилась к отряду сирен, к которым принадлежат и их ныне живущие ближайшие родственники — ламантины и дюгони. Из-за поразительного сходства Стеллер даже принял морских коров за ламантинов, а вот выделил их в отдельный вид другой ученый — немецкий зоолог Эберхард Циммерман. Произошло это в 1780 году, когда ни одной стеллеровой коровы уже не осталось на планете. Пятитонные, грузные, малоподвижные и апатичные создания питались в основном водорослями и морской капустой, за что получили еще одно название — капустницы. Человека эти медлительные животные не боялись ни капли — просто потому, что никогда не сталкивались с ним. Все это привело к массовому отлову стеллеровых коров — их мясо помогло экспедиции Витуса Беринга прожить на острове 10 месяцев, в течение которых экипаж занимался починкой корабля. С началом же заселения и освоения новых открытых территорий вымирание этих животных стало делом времени: не прошло и 30 лет, как стеллеровых коров окончательно истребили.

Тасманийский (сумчатый) волк

Один из самых известных представителей фауны австралийской Тасмании — тасманийский дьявол, а вот про тасманийского волка, тилацина, вспоминают гораздо реже — вероятно, потому что встретить его в природе уже невозможно. Между тем это было уникальное животное — единственный доживший до исторической эпохи сумчатый волк. Официальное научное описание относится к 1808 году, хотя упоминания о «тигровых кошках» встречались еще в последней четверти XVIII века. Обитали тилацины по всей Тасмании и внешне походили на не очень крупную собаку с серо-бурой шерстью и полосками на спине. Челюсти тилацин мог раскрывать очень широко — на 120 градусов, что породило ряд мифов и предрассудков относительно его кровожадности. Во многом из-за этого в 30-е годы XIX века началось массовое истребление сумчатых волков: местное население верило, что они нападают не только на овец, но и на фермеров. Позже ученые установили, что челюсти тасманийских волков были очень слабо развиты и не позволяли им охотиться ни на овец, ни на людей — только на ящериц, птиц и мелких животных, однако реабилитировать было уже некого: последний представитель вида умер в 1936 году в зоопарке. В дикой же природе сумчатые волки исчезли еще раньше, приблизительно в 1930 году.

Японский волк

Еще один волк, который бесследно исчез по вине человечества, — японский. Эти животные традиционно обитали на островах Хонсю, Кюсю и Сикоку и заметно отличались от своих сородичей, населяющих Азию и Европу. Внешне они больше походили на лисиц — и рыжеватым окрасом, и удлиненной мордой, и размерами: рост их не превышал 40 сантиметров. Волков почитали как защитников, а в традиционном японском фольклоре они предстают как духи леса, помощники бедных и беспомощных — их называют оками. Но мифология — это одно, а реальность — совсем другое: в ходе активного освоения новых земель под сельскохозяйственные нужды, которое развернулось во время реставрации Мейдзи, правительство назначило награду за каждого убитого волка. Их массово отстреливали и травили ядом, что привело к полному исчезновению вида к 1889 году — сегодня от них осталось всего несколько чучел в европейских и японских музеях.

Квагга

Если бы какой-нибудь ребенок увидел кваггу, он бы, вероятно, описал ее как зебру, на которую у природы не хватило краски, поскольку полоски у нее располагались только спереди и неравномерно; задняя же часть корпуса была полностью однотонной. Но проблема в том, что увидеть кваггу уже не получится, по крайней мере, вживую, а не на страницах энциклопедии. Этих животных полностью истребили к 1878 году, а последняя особь умерла в неволе в 1883 году. Обитали квагги в Южной Африке, причем людям удалось их не только одомашнить, но и использовать в качестве сторожей. Отличный слух и чутье этих животных позволяли им заметить приближение хищников к стаду, а человека они предупреждали громким своеобразным криком, который звучал как «куа-га» — отсюда и появилось название. Впрочем, прочные шкуры квагг представляли гораздо большую ценность, чем их охранные качества, из-за чего этих непарнокопытных быстро истребили. В 1987 году был запущен проект по восстановлению вида, а за основу были взяты саванные зебры Намибии. К 2005 году удалось вывести особь, как две капли воды похожую на типичную кваггу, однако генетически они все же являются другим видом. Их называют «квагги рау» — в честь натуралиста Рейнгольда Рау, основавшего проект по восстановлению популяции.

Тайваньский дымчатый леопард

Тайваньский дымчатый леопард проживал исключительно на Тайване — такие виды называют эндемиками. Выбраться с острова, окруженного со всех сторон водой, и расселиться на других территориях не представлялось возможным, поэтому он стал для них одновременно и единственным ареалом обитания, и ловушкой, в которой животные оказались заперты вместе с человеком. Необычный окрас тайваньских леопардов делал их похожими на больших оцелотов, а их шкуры — желанным трофеем для любого охотника, поэтому уже к 1983 на острове не осталось ни одного представителя вида. Впрочем, ученые не оставляют попыток обнаружить дымчатых леопардов — для этого используются самые современные камеры видеонаблюдения, но за последние десятилетия, несмотря на все ухищрения, им так и не удалось напасть на след исчезнувших животных.

Чуть больше повезло их родственникам в России — дальневосточным леопардам. Этот вид находится на грани вымирания, поскольку в мире осталось всего 70 особей, и около 50 из них живут в национальном парке в Приморье. Животных различают благодаря пятнам на шкуре, которые так же индивидуальны, как отпечатки пальцев у людей. Работа по восстановлению популяции идет медленно, но все же приносит результаты, ведь в 2015 году дальневосточных леопардов было 56, а в этом — уже 70.

Квантовый компьютер с необычайным быстродействием, квантовая связь, которую невозможно взломать, «картирование» человеческого мозга… Футурологи и ученые в последние годы щедро длятся прогнозами развития квантовых технологий. Чем вызван подобный оптимизм и как скоро ожидания станут реальностью. Пробуем разобраться.

Сначала о том, почему в последнее десятилетие эта область физики стала часто упоминаться именно в прикладном аспекте. В прошлом веке квантовая механика прошла этап эпохальных фундаментальных открытий. Планк, Эйнштейн, Гейзенберг, Шрёдингер – эти великие физики стали основоположниками отдельного раздела физики, заметно отличающегося от классической механики. Но дальнейшее развитие этого направления научной мысли ограничивали, прежде всего, технические возможности, которыми располагали физики.

Однако на рубеже веков появилась качественно новая аппаратура для исследований (спасибо очередной технологической революции или новому технологическому укладу – кому какой термин ближе). До этого времени физики в своей работе применяли т.н. «ансамблевый подход»: изучали большие коллективы квантовых частиц. Теперь же – получили возможность работать с индивидуальными объектами. И это принесло свои результаты.

Сегодня мы можем говорить о появлении междисциплинарной области знаний – квантовой обработке информации. В ней выделилось три основных направления: квантовая (коммуникация) связь, квантовые вычисления и квантовое моделирование.

Когда говорят о квантовой связи, имеют в виду, прежде всего, создание таких коммуникаций, которые невозможно взломать. Это обеспечивается созданием принципиально новой концепции обмена информацией, над которой работают научные коллективы по всему миру. Ведутся такие работы и новосибирскими физиками (наш портал уже рассказывал про это). Ведущим разработчиком этого направления в России является Институт физики полупроводников им. Ржанова СО РАН. В 2003 году ученые института собрали первую экспериментальную установку, с которой и началась история отечественной квантовой криптографии.

В силу понятных причин большая часть работ по всему миру выполняется по заказу вооруженных сил и спецслужб, и потому объективно оценить, насколько наука продвинулась в данном направлении, сложно.

Но кое о чем рассказывалось и в открытых публикациях. В отличие от традиционной криптографии, которая использует математические методы, чтобы обеспечить секретность информации, квантовая криптография сосредоточена на физике, рассматривая случаи, когда информация переносится с помощью объектов квантовой механики. Процесс отправки и приёма информации всегда выполняется физическими средствами, например, при помощи электронов в электрическом токе или фотонов в линиях волоконно-оптической связи.

Если в классической системе оптоволоконной связи каждый импульс содержит до миллиарда фотонов, несущих информацию (и часть их можно перехватывать системами подслушивания), то в системах с квантовой криптографией действует правило «один импульс – один фотон». И когда «шпион» попытается измерить его, то по законам квантовой механики, произойдут изменения и система связи получит сигнал тревоги (поскольку импульс из одного фотона нельзя поделить и он просто не дойдет до своего получателя или дойдет измененным). Еще более осложняет задачу перехвата установка режима, когда только один из десяти импульсов содержит фотон с нужной информацией. И правильное считывание обеспечивает только наличие у получателя детектора с уникальными настройками регистрации «нужных» фотонов.

Главной задачей для современных исследователей является увеличение дальнодействия и скорости передачи информации. Сегодня передовые модели позволяют передавать данные на расстояние немногим более 100 км со скоростью до Кб/сек. Конечно, с такими характеристиками квантовые сети неспособны конкурировать с обычными «оптоволоконками». Но им уже по силам переслать получателю пароль, который невозможно перехватить. А уже с этим паролем адресат может расшифровывать пакеты информации, полученные по традиционным высокоскоростным каналам. Что делает данную технологию в перспективе интересной для банков. А по мере удешевления и распространения, она может стать такой же обыденностью интернет-платежей, какой сегодня является протокол SSL.

А еще, уверены физики, криптографией квантовую коммуникацию ограничивать не стоит. Ее возможности, связанные с мгновенной передачей информации на расстояние, намного шире.

Равно как и возможности квантовых вычислений. Или – квантового компьютера, о котором также много говорят в последние годы. В настоящее время вычислительная техника подошла к определенному рубежу, за которым должен произойти качественный скачок. Полвека развитие шло в соответствии со знаменитым законом Мура: регулярно (в последнее время – каждые два года) происходило удвоение числа транзисторов, которые размещались на чипе в электронных схемах. Это и было физической основой для того колоссального прогресса в электронике.

Но дальше идти по этому пути мешают физические же ограничения: в настоящее время  количество транзисторов на кристалле интегральной схемы составляет примерно десять в десятой степени. И удваивать его уже некуда. Значит, нужны принципиально иные решения. Одно из них и есть – квантовый компьютер. Первые идеи в этом направлении математики (в том числе, наш соотечественник Юрий Манин) озвучили еще в 1980-е годы. А популярной концепция стала благодаря книгам нобелевского лауреата по физике Ричарда Фейнмана. Он высказал мысль, что для моделирования сложных квантовых систем можно использовать простые квантовые системы, или квантовые симуляторы. И уже потом могут быть созданы квантовые компьютеры, которые позволят решать серьезные вычислительные задачи.

В чем состоит основополагающая идея квантового компьютера? Объясняет доцент кафедры квантовой электроники НГУ Илья Бетеров. В обычном компьютере мы имеем дело с битами, каждый из которых может находиться в двух возможных состояниях – либо ноль, либо единица. В квантовом компьютере используются квантовые биты – кубиты, отличающиеся тем, что они могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, то есть быть и нулем, и единицей одновременно.

В результате, если при классическом вычислении элементарная операция совершается с одним числом, то при квантовых вычислениях – параллельно с огромным массивом чисел. В теории это позволит решать задачи, которые для обычных компьютеров потребовали бы необозримого времени решения, сравнимого современем существования Вселенной.

Что и говорить, перспектива заманчивая. Поэтому над созданием квантового компьютера работает едва ли не больше ученых, чем в области развития квантовых коммуникаций. И в новостях постоянно говорят о новых шагах к квантовому компьютеру. Одни ученые сделали рабочий кубит — элемент квантовой информации, другие — собрали компьютер на десяти кубитах, третьи — показали преимущество квантовых компьютеров над обычными в некоторых частных задачах.

Работают над этой задачей и в институтах Сибирского отделения РАН – все в том же Институте физики полупроводников. Первые простейшие квантовые вычисления были продемонстрированы на органических молекулах в жидкости. Однако твердотельная основа квантового вычислителя считается наиболее практичной и эффективной. В качестве кубитов квантового компьютера хотят использовать одиночные электронейтральные атомы. А управление квантовым состоянием пар этих атомов может осуществляться с помощью лазерных импульсов. Захваченные в созданную лазерным излучением оптическую решетку нейтральные атомы способны образовать квантовый регистр практически любого размера. Главное же их преимущество – возможность управлять межатомным взаимодействием путем лазерного возбуждения, что и стало предметом работы ученых ИФП. Они проводят эксперименты с ультрахолодными атомами рубидия, для возбуждения которых в ридберговское состояние применяют лазеры с высокой частотой следования импульсов. Здесь также разработана методика высокоскоростной регистрации числа атомов, возбуждаемых под воздействием каждого лазерного импульса в серии, независимо от остальных. Исследовательские работы в этом направлении идут и в НГУ (опять же, совместно с учеными ИФП).

Однако, несмотря на все успехи ученых, квантовые компьютеры – это дело будущего еще в большей степени, чем квантовая связь. Впрочем, то же самое можно сказать и о квантовом моделировании. Обычно в первую очередь имеют в виду моделирование новых материалов. В современной промышленности (синтез материалов и сплавов, электроника и т.п.) часто возникает ситуация, когда надо перебрать много так называемых материалов-кандидатов. Проверка каждого методом  in vitro может занять месяцы, а что делать, если в списке тысячи претендентов. Соответственно, предварительно надо быстро выделить десяток пригодных для последующего анализа традиционными методами in vitro.

Еще в прошлом веке выход предложил уже упоминавшийся Ричард Фейнман: «Природа не является классической, поэтому если вы хотите ее моделировать, то лучше используйте какие-нибудь квантово-механические средства».

Сила квантовых вычислений позволит использовать все более сложные модели, которые будут отображать, как молекулы собираются и кристаллизуются с образованием новых материалов. Такие открытия, ведущие к созданию новых материалов, впоследствии приведут к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.

И снова, как и в двух предыдущих направлениях, ученые уверены, что мы стоим на пороге прорывных решений. А значит, уже в ближайшем будущем нас ждут еще более интересные времена.

Наталья Тимакова

Некоторые археологические находки из Алтая и Евразийских степей могут оказаться менее древними, чем считалось ранее: иногда разница между «старым» и «новым» возрастом составляет более тысячи лет. Виной тому — пресноводный резервуарный эффект (ПРЭ). Однако он не только мешает датировать, но позволяет получить некоторые интересные данные. Наряду с изотопным анализом, ПРЭ может рассказать о пищевых предпочтениях наших предков. Так, выяснилось, что древние жители Алтая не ели рыбу.

Сегодня радиоуглеродное датирование является одним из самых распространённых и точных методов как для определения возраста отдельных органических образцов, так и для построения надёжной хронологической шкалы археологических культур и исторических событий. Однако уже не раз было отмечено, что полученные радиоуглеродные данные оказываются гораздо старше, чем ожидалось, исходя из традиционных археологических датировок и других данных из того же памятника. Причина этого — резервуарный эффект, проявляющийся в мнимом более древнем возрасте образца, в чей рацион (или состав) входил так называемый «старый» углерод из пресноводных источников. В результате подводного фотосинтеза растения и водоросли насыщаются этим углеродом, который потом передаётся вверх по пищевой цепочке моллюскам, рыбам, водным млекопитающим, и далее — к наземным животным, потребляющим водную пищу, и человеку. Такой углерод может содержать даже глиняная посуда, сделанная с добавлением костей рыб и моллюсков в качестве примеси.

Источником углерода в организме человека и животных является потребляемая ими пища. Доля радиокактивного углерода в ней зависит от того, из какого источника она происходит. Если из источника с более низким, чем в атмосфере, уровнем изотопа 14С, то в образце потребителя может проявиться резервуарный эффект.

«Старение углерода происходит тогда, когда он прекращает обмен с атмосферой — например, со смертью организма. Важнейшим источником древнего углерода в пресной воде являются карбонатные минералы в грунтовых водах.

Поскольку многие осадочные породы состоят из скелетов морских организмов, умерших миллионы лет назад, они представляют собой своеобразные хранилища мёртвого углерода.

Можно предположить, что наибольшее значение пресноводных резервуарных эффектов будет выявлено в регионах, богатых углесодержащими породами (например, известняком). Хотя сама структура, глубина и расположение слоёв влияют на обмен карбоната с грунтовыми водами», — рассказывает научный сотрудник 14ХРОНО Центра по изучению климата, окружающей среды и хронологии Королевскиого университета Белфаста (Великобритания) доктор Светлана Владимировна Святко.

Другими факторами, которые могут влиять на масштаб пресноводных резервуарных эффектов, являются разложившаяся органика в бассейне водоёма, которая вымывается в сам водоём, долгий период застоя воды, таяние ледников, а также подводные выходы метана и геотермальная активность. Помимо пресноводного, существуют также морской и вулканический резервуарные эффекты.

Величина ПРЭ в пределах одного и того же водоёма может разниться в зависимости от вида, веса и возраста анализируемого животного. Так, из-за более активного углеродного обмена между атмосферой и водой рыбы и моллюски, обитающие на мелководье или ближе к поверхности, будут подвержены резервуарным эффектам в меньшей степени, чем глубоководные животные. Существуют также данные об изменении этого показателя во времени в результате изменения климатических условий.

Радиоуглеродный возраст двух современных проанализированных рыб (хариусов) из верховий р. Катунь - 1097+/-40 лет и 578+/-36 лет! Эти цифры прекрасно иллюстрируют величину пресноводной резервуарной погрешности в этом водоеме на настоящий день.

 Влияние ПРЭ на данные радиоуглеродного датирования костей животных и людей в Сибири в настоящее время исследуют несколько научных групп, в том числе учёные 14ХРОНО Центра и Алтайского государственного университета.

«В отличие от хорошо изученного морского резервуарного эффекта, влияние пресноводного довольно редко учитывалось из-за отсутствия систематических данных. Значительная часть исследований по этой теме была сделана в Европе в Северной Америке. Однако в ходе недавних работ было высказано предположение о достаточно большой доли рыбы в рационе древнего населения северноевразийских степей, — говорит Светлана Святко. — Для нашего исследования были подобраны материалы с совершенно различных регионов Евразийских степей в Сибири из памятников разных эпох. В ходе такого масштабного подхода мы хотели посмотреть общую картину распространения этих эффектов и, возможно, выявить какие-то тенденции».

Как рассчитывается величина резервуарных эффектов? Для современных материалов смотрят, насколько исследуемый образец оказывается древнее современной атмосферы. Для археологических — определяется разница в радиоуглеродном возрасте синхронных образцов наземного и водного происхождения (к последним помимо непосредственно останков рыб также относятся кости животных и человека, в рацион которых могли входить пресноводные продукты). Также учёные проводили анализ стабильных изотопов для оценки водного компонента в рационе людей.

В исследовании приведены результаты по приблизительно 50 археологическим парам из 30 памятников. В целом было проанализировано около 160 образцов (а кроме того, привлекались данные из предыдущих исследований).

 «Оказалось, что резервуарные эффекты очень широко распространены в Евразийских степях. Их величины крайне разнообразны как в современных образцах, так и в археологических парах. В костях человека погрешность может колебаться, по нашим данным, вплоть до тысячи лет», — рассказывает исследовательница.

Величины пресноводных резервуарных эффектов довольно непоследовательны и непредсказуемы даже в пределах одного и того же региона или памятника. В некоторых случаях в останках древних рыб он проявляется, а современных — нет. Кости человека также иногда показывают гораздо большую погрешность, чем современные рыбы.

«В Южной Сибири, например, можно увидеть разнообразие ПРЭ внутри двух областей — на Алтае и в Минусинской котловине. Эти районы хорошо демонстрируют изменчивость резервуарного эффекта в пределах даже одного водоёма. Однако, как ни странно, кости человека из тех мест погрешности не показывают. В случае с Минусинской котловиной, неясно включала ли диета людей рыбу. Люди с Алтая почему-то рыбу не ели. Современная же рыба из сибирских рек, например, из Катуни, даёт очень большую резервуарную погрешность», — говорит исследовательница.

Сейчас исследователи разрабатывают базу данных по пресноводным резервуарным эффектам для Евразийской степи, чтобы учёные имели возможность датировать археологические находки из этих мест более точно. Предварительная версия этой базы уже доступна в сети.

Диана Хомякова

Неудачные прогнозы погоды, стремительное изменение климата, увеличения числа природных катаклизмов – всё это представляет серьезный вызов для современной науки. Природа как будто решила посмеяться над человеком, «подкинув» ему очередную порцию загадок. И разгадка – как мы убеждаемся воочию – оказывается не столь уж простым делом. Сколько раз наши метеорологи оказывались в дурацком положении, не в силах толком предсказать и внятно объяснить неожиданные оттепели, похолодания, ураганы и прочий разгул стихий. И как дурачат доверчивых обывателей составители разных «долгосрочных прогнозов», более напоминающих гадания на кофейной гуще.

Сегодня становится всё труднее и труднее разобраться, где в таких вопросах проходит граница между наукой и шарлатанством. И речь совсем не о том, будто  в наше время утрачиваются какие-то критерии для объективных оценок происходящего (когда в сознании обывателя в одной куче смешиваются и наука, и астрология, и те же гадания на кофейной гуще). Скорее всего, в самой науке назрели большие перемены, и загадки, связанные с погодой и климатическими изменениями, являются мощным стимулом для пересмотра наших взглядов на мир.

В одном из предыдущих материалов мы уже приводили на этот счет мнение академика Роберта Нигматулина, который нелестно отозвался о теоретическом уровне нынешнего поколения ученых. Рассуждая о причинах климатических изменений, мы рассчитываем на простые ответы. Но их-то как раз и нет. Причем, не может быть в принципе, поскольку здесь мы сталкиваемся с проблемой, никак не поддающейся простому описанию. Мир оказался гораздо сложнее, чем представлялось многим из нас, и целый ряд явлений оказалось не так-то просто вписать в готовую математическую формулу. На обывательском уровне, конечно же, в такие дебри не влезают, но и научному сообщество сегодня нечем похвастаться особо.

Можно очень долго делать вид, будто природа для нас – словно открытая книга, которую мы читаем без запинки, но с каждым новым стихийным бедствием даже до простого обывателя доходит мысль о том, что человек слишком рано объявил себя хозяином планеты.

Дело в том, что большинство людей всё еще живут в парадигме классической науки, созданной в Новое время: мир организован по принципу большого механизма, все явления - предсказуемы, математические расчеты – всесильны. Отсюда следует, что если мы хорошо разобрались с причинами, то в два счета способны вывести из них неизменные следствия. Как утверждал еще Ньютон, «природа проста и единообразна». Чуть позже математик Лаплас предложил мысленный эксперимент, согласно которому знание текущего положения и скорости всех частиц Вселенной якобы дает возможность предсказать ход всех событий – как прошлого, так и будущего. Лаплас был уверен, что можно единой формулой описать и движение небесных тел, и движение мельчайшего атома.

Указанные принципы были в свое время безосновательно перенесены практически на все природные процессы, включая изменения погоды и климата. Считалось, что погода точно так же подчиняется законам ньютоновской механики, как и движение небесных светил. В конце концов, если уж удается безошибочно предсказывать появление комет и солнечных затмений, то почему бы с такой же точностью не предсказывать атмосферные явления? И когда появились сверхмощные компьютеры, их стали воспринимать как некое подобие Высшего Разума, способного-де (в духе взглядов Лапласа на природу) точно рассчитать любое «поведение» ветра и облаков. Как пишет Джеймс Глейк в своей книге «Хаос: Создание новой науки», пятидесятые и шестидесятые годы прошлого столетия стали временем неоправданного оптимизма по поводу возможностей предсказания погоды. «Развивались, – уточняет автор, – сразу две технические новации – цифровые компьютеры и искусственные спутники Земли, и оба новшества использовались в международном проекте, названном мировой программой исследования атмосферы. Говорили даже, что человечество освободится от произвола стихий, став повелителем, а не игрушкой атмосферы» (См.: Глейк Дж. Хаос: Создание новой науки. – СПб.: Амфора, 2001. - С. 28).

Однако это была иллюзия. Особый энтузиазм в деле «управления погодой» проявили американские физики. К восьмидесятым годам была выполнена важнейшая часть поставленной задачи, связанной с прогнозами. Как пишет Глейк, «Информация, поступавшая со всего земного шара, со спутников, самолетов и кораблей, вводилась в компьютер ежечасно. В результате по точности прогнозов Национальный метеоцентр занял второе место в мире» (там же, с. 29). Первое место держал Европейский центр прогнозирования погоды, расположенный недалеко от Лондона. Именно прогнозирование погоды стало той отправной точкой, с которой началось использование компьютеров для моделирования сложных систем. «Методика его сослужила хорошую службу множеству представителей естественных, точных и гуманитарных наук. С ее помощью ученые пытались предугадать буквально всё, начиная с динамики маломасштабных жидкостных потоков, изучаемых конструкторами двигателей, и заканчивая циркуляцией финансов. К 1970-80-м годам компьютерные прогнозы экономического развития напоминали глобальные предсказания погоды», – пишет Глейк (там же, с. 30).

Какова же была реальная практическая отдача от столь впечатляющей деятельности? Несмотря на мощнейший инструментарий, прогнозы, составленные более чем на два-три дня, оказывались ЧИСТО УМОЗРИТЕЛЬНЫМИ. Прогнозы, составленные более чем на неделю – оказывались ПРОСТО БЕСПОЛЕЗНЫМИ.

«Причина, – указывает автор, – заключалась в эффекте бабочки. Стоит возникнуть небольшому и кратковременному явлению – а для глобального прогноза таковыми могут считаться и грозовые штормы, и снежные бури, – как предсказание утрачивает свою актуальность. Погрешности и случайности множатся, каскадом накладываясь на турбулентные зоны атмосферы, начиная от пылевых вихрей и шквалов и заканчивая воздушными токами в масштабах целого материка, отслеживать которые удается лишь из космоса». Выяснилось, что при сборе данных – сколько бы датчиков мы ни использовали – неизбежно будут появляться небольшие погрешности, которые со временем нарастают и выливаются в огромные отклонения. Поэтому даже самый мощный компьютер не в состоянии дать точный прогноз на месяц вперед.

«Как наука, так и жизнь учит, что цепь событий может иметь критическую точку, в которой небольшие изменения приобретают особую значимость. Суть хаоса в том, что такие точки находятся везде, распространяются повсюду. В системах, подобных погоде, сильная зависимость от начальных условий представляет собой неизбежное следствие пересечения малого с великим», – отмечает Глейк (там же, с. 53).

Слово «хаос» используется в данном пассаже отнюдь не как метафора. Хаос – это одна из загадок мироздания, относящаяся к числу так называемых «глубоких проблем». Именно эта проблема служит водоразделом межу классической и новой наукой. Мир хаотических явлений весьма разнообразен: формирование облаков, турбулентность в морских течениях, колебания численности популяций растений и животных. Хаос обнаруживается, в том числе, и в капризах погоды. По словам автора книги, «порождаемые хаосом природные феномены, лишенные регулярности и устойчивости, ученые всегда предпочитали оставлять за рамками своих изысканий» (там же, с. 10). Только с середины 1970-х годов некоторые американские и европейские исследователи обратились к изучению хаотических явлений. И уже спустя десять лет понятие «хаос» дало название стремительно развивающейся дисциплине, перевернувшей всю современную науку, породив такие понятия, как фрактал, бифуркация, прерывистость, периодичность, аттрактор, сечение фазового пространства. Как поясняет Глейк, «для некоторых ученых хаос скорее наука переходных процессов, учение о становлении, а не о существовании» (там же, с. 12).

По мнению сторонников новой науки, исследование хаоса стало «третьей революцией», вырвавшей физику из тенет ньютоновского видения мира. Конкретно, хаос развенчал учение Лапласа о полной предопределенности развития систем. Принципиально ещё и то, что указанная «третья революция» имеет серьезное социальное значение: ученые (главным образом речь идет о физиках) стали более пристально исследовать феномены «человеческого масштаба». Говоря по-простому, вместо изучения далеких галактик они стали изучать облака. В результате выяснилось, что многие простейшие системы (например, мяч, прыгающий по столу) обладают исключительно сложным и непредсказуемым поведением. То же самое справедливо и для атмосферных явлений.  

Таким образом, сегодняшние погодные «сюрпризы» и трудно предсказуемые климатические изменения открывают широкую дорогу новой науке, способной объяснить и описать указанные явления совсем не с тех позиций, которые были в ходу сотню лет назад (и запечатленные в сознании многих из нас). Надо ли объяснять, насколько такая наука приближена к обычному человеку? Ведь одно дело – рассуждать о далекой «темной материи», о «черных дырах» или о «Бозоне Хиггса» (много ли тех, кому до этого есть дело?). И совсем другое, когда надо объяснить внезапное появление торнадо в Омской области, небывалый ураган в Москве, июньский снегопад в Татарстане или январские оттепели в Новосибирске. Исчерпывающих объяснений мы еще не услышали, прогнозов на этот счет нет никаких (а те, что есть, похожи на лотерею). И мы всё чаще и чаще видим, как слегка смущенные специалисты соответствующих служб разводят руками или произносят банальности. Может показаться, что под угрозой – авторитет самой науки как таковой. Но скорее всего (и мы на это искренне надеемся), авторитет утрачивают лишь устаревшие теории и устаревшие взгляды на мир.

Олег Носков

В декабре 2016 года у марсохода Curiosity заело буровое устройство. Что было весьма прискорбно, поскольку главная научная ценность марсохода — в проведении изотопных и минералогических исследований марсианских коренных пород, которые невозможны без бурения. И вот теперь бур Curiosity был таки выдвинут в рабочее положение. Виталий Zelenyikot Егоров рассказывает, каких усилий это стоило инженерам Марсианской научной лаборатории, и объясняет, почему команде марсохода теперь надо учиться бурить по-новому.

Несмотря на то, что глубина 7 см кажется несерьезной (именно на такую глубину может опускаться бур в землю), ее вполне достаточно, чтобы в течение сотен миллионов лет защищать сложные органические соединения от разрушения космической радиацией. За время своей работы на Марсе Curiosity заложил 15 скважин, добыл и исследовал множество образцов марсианского грунта.

Ценность бура в том, что образцы им добываются непосредственно из залегающих слоев породы, а не из куч песка или обломочного материала, из которых можно просто зачерпнуть ковшом.

После забора грунта добытые образцы нужно просеять, чтобы доставить к исследовательским приборам подходящие дозы с допустимыми размерами частиц. Для двух приборов это частицы диаметром 1 мм и 0,15 мм. Подготовка образцов осуществляется в блоке инструментов Chimra на манипуляторе, куда добытый порошок попадает из грунтосборника бура или из ковша.

Несколько лет назад буровая машина уже была причиной беспокойства МНЛ, когда в ней начали происходить короткие замыкания, но тогда с ними удалось справиться. Год назад возникла более серьезная проблема. Бур марсохода заело. Он просто отказывался выдвигаться.

Несколько месяцев ушло у инженеров на то, чтобы выяснить причину сбоя и попытаться как-то ее решить. Оказалось, что проблема — в фиксирующих зажимах рабочего блока бурового устройства.

Марсоход бурил следующим образом: сначала манипулятор устанавливался на поверхность Марса. Стабильность его положения обеспечивали два боковых упора.

Потом в движение приводилась рабочая часть бурового устройства, и сверло вгрызалось в породу под усилием, обеспечиваемым передаточным механизмом в неподвижной части бурового устройства.

Во время пауз подвижная часть буровой машины фиксировалась блокирующим механизмом, устроенным по принципу автомобильного сцепления: к подвижной части пружинами прижимались металлические пластины. Отжимались пружины при помощи соленоидов, при подаче питания на их обмотку. Проблема возникла здесь: по неизвестной причине соленоиды отказались реагировать на какой-либо электрический импульс из тех, что могла обеспечить бортовая сеть марсохода. Сцепление казалось вечным, а бур — утраченным навсегда.

Тем не менее этим летом «марсианским» инженерам удалось совершить чудо: чередуя различные команды на выдвижение бура и подавая питание на обмотки соленоидов, им удалось-таки выдвинуть подвижную часть бурового устройства в рабочее положение. На это ушло три недели, которые марсоход стоял неподвижно, пока Солнце находилось между Землей и Марсом.

Казалось бы, победа! Но праздновать ее все еще преждевременно. Это только первый шаг на пути к ней. Дело в том, что штатный режим бурения теперь невозможно использовать. Теперь нельзя прижимать манипулятор безопасными упорами к поверхности. Бурить придется на вытянутой «руке» марсохода, удерживая весь манипулятор с буром на весу и надавливая всей массой манипулятора. Марсоходу придется четко контролировать направление усилия по оси сверла. Любое серьезное боковое усилие — и бур заклинит в скважине или сорвет куда-нибудь в сторону. Ни то ни другое крайне нежелательно в 100 млн километров от ближайшей ремонтной мастерской.

Сейчас инженеры приступили к тестам датчиков усилия на манипуляторе. Для таких задач их не готовили, но они там есть, поэтому надо оценить их возможности. Сначала новые режимы протестировали на земном инженерном макете Maggie.

А затем уже попробовали на Curiosity.

Но пробурить скважину — это еще полдела. Надо доставить грунт в CHIMRA — механизм обработки и подготовки к исследованию.

Из-за заевших фиксаторов теперь это невозможно сделать, так как из грунтосборника бурового устройства образцы можно передать дальше только походного положения бура. Иначе не сойдутся раструб грунтосборника и воронка Chimra.

И это новая проблема.

Сйчас рассматривается несколько вариантов ее решения. Возможно, попробуют добыть буром большую кучу породы, сбросить ее на поверхность и зачерпнуть ковшом. Возможно, станут засыпать в научные приборы образцы прямо из грунтосборника бура.

Принимающие отверстия внутренних приборов также оснащены ситами, поэтому крупные фрагменты породы в приборы не попадут и не засорят их. Но само сито почистить уже не удастся, и оно быстро забьется крупным мусором.

Тем временем марсоход уже взобрался на Гематитовый хребет. Впереди самая важная область для исследований — залежи глины, где вполне вероятно обнаружение органических соединений. Происхождение марсианской органики пока неизвестно, а нам уже известны примеры как биологического, так и не биологического формирования сложных органических соединений в Солнечной системе. Отличить одно от другого Curiosity не сможет, это работа для следующего марсианского исследователя — марсохода ExoMars Pasteur. Но Curiosity сможет оценить состав глины и охарактеризовать органические соединения, если они там есть.

Наличие бура для этого исследования необходимо, поэтому будем надеяться, что команда марсохода освоит новую технику буровых работ и сможет провести их, не повредив бур Curiosity до их завершения.

Виталий Егоров

На обывательском уровне сложились устойчивые представления о том, что Россия совершенно не участвует в экспорте высокотехнологичной продукции. Будто основной (и чуть ли не единственный) вид экспорта – это природные ресурсы. Дескать, если уж мы разучились делать обыкновенные болты, а оборудование завозим из Европы и Китая, то можем ли мы предложить другим странам что-либо более серьезное, чем нефть, газ или лес?

Доля правды в таких суждениях есть, однако они никак не отражают всей картины, ибо на деле всё гораздо сложнее.  Абсолютизировать сегодняшнюю ситуацию не стоит. Может показаться парадоксальным, но в России еще есть предприятия, хорошо зарекомендовавшие себя на мировом рынке высокотехнологичной продукции. В основном эти предприятия относятся к оборонно-промышленному комплексу, что совсем не удивительно, поскольку с советских времен именно в «оборонке» сосредотачивались лучшие, высококвалифицированные и интеллектуальные кадры (да и значительная часть академических институтов так или иначе работала на нужды оборонной отрасли). Данным обстоятельством во многом объясняется плохая информированность наших граждан относительно того, чем занимаются и что конкретно выпускают на этих предприятиях – ведь «оборонка» (в силу режима секретности) традиционно была закрытой темой для широкой общественности.

Показательным примером в этом отношении является российская холдинговая компания «Швабе», которая объединяет крупнейшие предприятия страны, работающие в сфере оптической науки и оптического приборостроения (по современной терминологии – в сфере фотоники). В структуру холдинга, в частности, входит известное в нашем городе приборостроительное предприятие  – «Новосибирский приборостроительный завод». Основные направления деятельности холдинга связаны с оптико-электронными системами для авиации, с космическим приборостроением, с лазерными системами, с фотоприёмными устройствами, с оптическими материалами и технологиями, со сберегающей светотехникой и с медицинской техникой.

Красноречивым фактом в данном случае является то, что продукция «Швабе» поставляется в 95 стран мира. Доля экспорта в выручке составляет не менее 13% и имеет тенденцию к росту.

Странное для нас название холдинга связано с его историей, начавшейся еще в 1837 году, когда в Москве были основаны мастерские доктора Теодора Швабе, где занимались изготовлением и продажей высокоточных оптических приборов. Компания уже в ту пору имела высочайшую деловую репутацию и являлась Почетным поставщиком Императорского двора Его Императорского Величества.

Чтобы подчеркнуть связь с историей, созданный в 2009 в составе государственной корпорации «Ростех» холдинг назвали в честь знаменитого доктора Теодора Швабе. Несмотря на то, что компания была создана в соответствии с государственной политикой реформирования и развития российского ОПК, входящие в состав холдинга предприятия (в том числе – "Новосибирский приборостроительный завод") активно занимаются созданием гражданской высокотехнологичной продукции. В настоящее время холдинг  готов использовать свой научно-производственный потенциал для разработки и производства различных систем «умного города».

Прежде всего, речь идет о модернизации городской инфраструктуры с учетом современных инновационных технологий. Здесь выделено два направления, условно обозначенные как «Светлый город» и «Безопасный город». Концепция «Светлого города» касается современных инновационных решений по освещению городских улиц, парковых зон, подсветки архитектурных зданий. У компании есть конкретные проектные решения, созданные на основе автоматизированной системы управления наружным освещением (АСУНО). Применение такой системы позволяет сделать освещение города легко управляемым, экономичным и оперативным. Кроме того, дополнительный (и очень серьезный) эффект достигается за счет внедрения светодиодных ламп, благодаря чему расход электроэнергии снижается на 45-50% (при одновременном повышении качества).

Отметим, что в настоящее время для освещения улиц используются в основном газоразрядные источники света.

По расчетам специалистов «Новосибирского приборостроительного завода», энергопотребление одной тысячи таких светильников составляет 250 кВт.час. Если брать средний тариф на электричество в Новосибирске (2,42 руб. за 1 кВт.час), то общие затраты на электроэнергию составят 3,53 миллионов рублей в год! При переходе на светодиодные светильники общее энергопотребление будет составлять 120 кВт.час. Годовые затраты при этом снизятся до 1,69 миллионов рублей. То есть чистая экономия при замене только одной тысячи светильников составит 1,83 миллиона рублей в год!

Концепция «Безопасный город» включает конкретные решения по управлению дорожным движением, по управлению общественным транспортом, по управлению парковочным пространством, по управлению содержанием дорог, весогабаритному контролю и метеообеспечению. Сюда же входит интеллектуальная транспортная система, предназначенная для обеспечения безопасности и эффективного управления дорожным движением, содержанием и сохранностью автодорог, а также взиманию штрафов и возмещению вреда, причиненного дорогам тяжеловесными машинами.

Принципиально то, что перечисленные выше технические решения уже реализованы на практике. Так, в городе Улан-Удэ произвели замену устаревшего осветительного оборудования на энергоэффективное. Было установлено более 10000 уличных светильников производства «Новосибирского приборостроительного завода». Работы проводились в рамках энергосервисного контракта по модернизации системы наружного освещения. Стоимость установленной системы освещения превышала 80 миллионов рублей, однако на реализацию программы город не потратил из своего бюджета ни копейки. По условиям контракта заказчик платил не за установку оборудования, а только за его обслуживание. Тем самым затраты на модернизацию облика города оказались нулевыми! Городские власти оплачивают работы поэтапно - за счет средств, полученных от экономии энергетических ресурсов. Это примерно от 1,1 до 1,8 миллионов рублей ежемесячно (в зависимости от уровня потребления электроэнергии). То есть, в течение 4-5 лет город способен полностью рассчитаться за установку оборудования (не обременяя себя при этом дополнительными затратами).

Согласимся, что лет двадцать назад мало кто из нас мог себе представить подобное участие наших оборонных предприятий в повышении качества жизни обычных людей. Полагаю, что при реализации аналогичной программы в Новосибирске это событие стало бы знаковым для всей страны. Мы много говорим о том, что наш город славится своими оборонными предприятиями. Полагаю, что именно такой «творческий союз» городской администрации и оборонщиков по реализации программы «умного города» реально подчеркнул бы статус Новосибирска как интеллектуальной столицы Сибири. После чего в глазах жителей города значимость предприятий ОПК перешла бы из плоскости идеологической абстракции (как это происходит сейчас) в сферу реальной жизни. 

Олег Носков

На территории Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) во вторник стартует изоляционный эксперимент Sirius. Он открывает серию совместных российско-американских экспериментов по изоляции, которые продлятся до 2021 года. Об особенностях эксперимента корреспонденту ТАСС рассказали сотрудники ИМБП.

Sirius - самый короткий эксперимент из серии, его длительность 17 суток. Остальные исследования будут запланированы на срок от четырех месяцев до года. По сценарию эксперимента, "корабль" с шестью членами экипажа совершит "полет к Луне".

Гендерный паритет

Как рассказал ТАСС заведующий лабораторией ИМБП Вадим Гущин, в проекте участвуют "член отряда космонавтов ЦПК Анна Кикина, сотрудник РКК "Энергия" и бывший член отряда космонавтов Марк Серов, работник европейской космической отрасли Виктор Феттер (Германия), а также три специалиста ИМБП достаточно высокого класса плюс три дублера. Все девять человек прошли полную программу подготовки.

По его словам, в экипаже будет трое мужчин и три женщины. На Международной космической станции все чаще работают смешанные экипажи, и одна из фундаментальных задач в эксперименте Sirius - посмотреть, как гендерный паритет скажется на взаимоотношениях и взаимодействии в группе.

Специалистам интересно, насколько это отразится на поведении, использовании пространства, общем состоянии самочувствия экипажа. Эти вопросы не изучались ни российскими, ни американскими специалистами, и в рамках Sirius это делается впервые, отметил ученый.

По словам Гущина, в 1999 году в ИМБП, проходил эксперимент "Сфинкс", в котором участвовала женщина из Канады, и возникли проблемы, связанные с межгрупповым и кросс-гендерным взаимодействием. Это, в частности, привело к созданию кодекса поведения на МКС.

Автономность экипажа

В отличие от МКС, на корабле будут индивидуальные каюты, которые выберут себе члены экипажа, а также кают-компания.

"Нам интересно, будет ли как-то сказываться компоновка на размещении участников. Ведь в любом помещении есть некие "фокусные" места, например, место сбора. Вот ты хочешь быть рядом с местом сбора или подальше? Есть кухня - ты хочешь быть подальше от нее или поближе? Есть соседи - ты с кем хочешь быть рядом?", - отметил заведующий лабораторией.

Один из главных факторов эксперимента - автономность. У экипажа будет связь "с Землей", но с 5-минутной задержкой, то есть невозможно будет спросить совет и быстро получить ответ, а при необходимости придется принимать самостоятельные решения. В частности, участники будут сами проводить многие эксперименты на "корабле".

Как рассказала один из членов экипажа Наталья Лысова, в ходе "полета" также не будет прямой связи с родственниками, а электронные письма сначала будут попадать в Цент связи, а потом рассылаться родным. Соцсетями на борту тоже нельзя пользоваться из-за отсутствия интернета. "Но мы можем попросить через ЦУП, чтобы они что-то опубликовали в соцсетях - на странице проекта Sirius", - рассказала Лысова.

В качестве психологической поддержки экипажа в кают-компании создана оранжерея, где можно выращивать цветы. Специалисты будут вести видеонаблюдение - какое время члены экипажа проводят за этим занятием и как оно на них влияет. "В эксперименте участвуют три женщины и мы предполагаем, что им это будет более интересно, чем мужчинам. Но это только гипотеза", - отметил Гущин.

График экипажа состоит из 8 часов работы, 8 часов свободного времени и столько же часов сна. Физических тренировок - тренажеров, беговой дорожки - у экипажа не будет, потому что нельзя ожидать, что недостаток физической активности за 17 суток как-то скажется.

Виртуальная Луна

Участники проекта Sirius "летят на Луну", поэтому средствами виртуальной реальности будет смоделирована часть поверхности искусственного спутника Земли. В задачи экипажа входит наблюдение за объектами на лунной поверхности, управление роботом-луноходом. Кроме того, членам экипажа предстоит работать по программе NASA с роботизированной рукой, которой они будут "захватывать спутники".

"Эти виртуальные модели - основа будущих тренажеров, например, для реального полета на Марс", - отметил Гущин.

Все операции экипаж будет проводить, не выходя на "поверхность корабля". Ученый добавил, что если все технологии сработают, то специалисты смогут их использовать и в 4-месячных, и в 8-месячных экспериментах.

38 часов без сна

В эксперименте предусмотрена нештатная ситуация, предполагающая депривацию сна. Экипажу придется бодрствовать и непрерывно работать 38 часов, реагируя на трудности и опасности, связанные со стыковкой и расстыковкой. Специалисты будут изучать не только реакции испытуемых, но и состояние их организма. Например, исследовать уровень кортизола в крови, отражающий степень стресса.

Гущин уточнил, что депривация сна - инициатива коллег из NASA. "Мы их прекрасно понимаем, потому что очень много ночных работ у реального экипажа на МКС, в частности, выходы в открытый космос, стыковки", - отметил ученый.

Другие эксперименты

Всего в рамках "полета" планируется провести около 60 экспериментов. "Примерно 60% - это российские эксперименты, 40% - американские", - уточнил Гущин.

Завотделом ИМБП, научный руководитель проекта Sirius Александр Суворов сообщил, что в ходе программы, в частности, будет уточняться система медицинского наблюдения за экипажем. Критерии отбора, критерии подготовки человека, показатели контроля за состоянием здоровья, то есть за чем именно следить - только за пульсом и давлением или за целым комплексом данных, в какие периоды - выборочно или непрерывно.

Также, отметил Суворов, запланированы санитарно-гигиенические исследования, так как экипаж в замкнутом пространстве очень быстро обменивается микрофлорой. И если для одного эта флора безвредна, то для другого может проявить свою патогенность. Причем, уточнил ученый, в комплексе на территории ИМБП, где пройдет Sirius, отсутствует душ, как и на МКС, и экипажу придется обходится влажными салфетками и одноразовыми полотенцами.

Состав Центра связи

Суворов рассказал, что в ИМБП создан Центр связи с наземным экипажем. Его дежурная бригада состоит из четырех человек - врач, инженер, техник и лаборант. Наблюдение и коммуникация будут двусторонними и непрерывными.

От NASA в Центре связи будут постоянно находится два представителя, которые смогут активно участвовать в исследованиях. Им предоставлена циклограмма-расписание, где отмечено, что в определенное время определенный испытатель будет проводить такой-то эксперимент NASA.

По словам ученого, на членах экипажа будут специальные датчики - устройства вроде наручных часов, которые регистрируют двигательную активность и положение человека в пространстве (режим 3D).

Питание "на борту"

Начальник отдела питания ИМБП Александр Агуреев рассказал, что рацион членов экипажа проекта Sirius должен быть максимально идентичен набору питания, используемому на МКС. То есть перед едой потребуется только разогрев или восстановление сублимированных продуктов горячей или холодной водой.

"На каждого члена экипажа дневной рацион будет составлять до 2 кг в день. Готовить все шестеро будут себе сами, на борту "корабля" есть две микроволновые печи, плиты там нет", - уточнил Агуреев.

Специалисты использовали продукты сублимационной сушки, но не для космонавтов, а для питания в походных условиях - это первые, вторые блюда, соки. Также заложен запас продуктов в тюбиках - молочные продукты, яблоки двух сортов, соки, компоты, овощные блюда, в частности, кабачковая икра, закуска из моркови. Мясо будет в составе вторых блюд, свежих овощей не будет.

Итоги эксперимента, следующий "полет"

Как сообщил Суворов, итоги "полета" станут известны примерно через полгода. Затем специалисты приступят к подготовке следующего четырехмесячного эксперимента, запланированного на октябрь 2018 года. Новый эксперимент уже будет двуязычным - в отличие от нынешнего, где говорить будут только по-русски.

Суворов также отметил, что кооперацию предполагается расширить и российские специалисты рассчитывают на участие в будущих экспериментах немецких, японских ученых, французов, итальянцев. В перспективе, рассказал ученый, могут появиться и чисто зарубежные эксперименты, внедренные в программу.

Алексей Песляк

В 1985 году активисты экологических организаций запустили международную кампанию «Грязная дюжина». Своей задачей они ставили привлечь внимание мировой общественности к экологическим проблемам, вызванным применением пестицидов, которые вследствие их явной токсичности крайне опасны – ведут к нарушениям здоровья, а нередко и к смерти, что прежде всего отмечается в странах Третьего мира. В итоге, эта инициатива приобрела по-настоящему глобальный характер, и в 2001 году вылилась в появление т.н. Стокгольмской конвенции. Цель Конвенции – прекратить во всем мире производство и применение стойких органических загрязнителей (СОЗ), перечисленных в ее тексте. Первоначальный список включал 12 наименований СОЗ, в 2009 году в него внесли еще 9 органических соединений. В числе СОЗ, против которых направлена Конвенция, такие широко известные препараты, как дихлордифенил-трихлорэтан (ДДТ), инсектицид Гептахлор, который считают причиной гибели локальных популяций канадских гусей и американской пустельги на территории США, и многие другие токсичные соединения, изначально создававшиеся для нужд сельского хозяйства.

На сегодня Конвенция ратифицирована более чем в 150 государствах, впрочем во многих с определенными ограничениями – ряд стран вводит отсрочку исполнения требований Конвенции по запрету производства и использования тех или иных соединений из списка, в соответствии со своими нуждами и особенностями.

Россия подписала Конвенцию еще в 2002 году, но окончательная ее ратификация у нас произошла только в 2011 году. А начиная с осени этого года национальным координационным центром РФ по Стокгольмской конвенции назначен Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН. Он же номинирован по линии ООН в качестве регионального координационного центра РФ и стран Центральной Азии. О том, какие задачи в связи с этим встают перед его сотрудниками и как новосибирские химики намерены их решать, мы попросили рассказать зам. директора Института по науке, д.х.н. Евгения Третьякова.

– Евгений Викторович, почему на роль координационного центра был выбран научный институт, причем именно Ваш?

– Конечно, мониторингом соблюдения условий конвенции на территории нашей страны занимаются и государственные структуры, такие, как Росгидромет. Но основной посыл этого документа – в организации независимого контроля. Речь не о недоверии к государству, а скорее, о политике, выстроенной странами-участницами. В тексте конвенции есть рекомендация по созданию таких региональных центров, которые служили бы неким организующим началом. Задача центров – сбор данных по тому, как реагирует окружающая среда на ограничения, которые вводит конвенция. Это ведь и есть главный вопрос: насколько эти запреты и ограничения эффективны, снижается ли уровень загрязнения в результате их соблюдения или нет. Что касается того, почему именно наш институт.

Еще в 1989 г. академиком В. А. Коптюгом была поставлена задача проведения сотрудниками НИОХ СО РАН научных экологических исследований. Уже в те времена мы, говоря простым языком, стремились реально измерить содержание тех или иных вредных веществ в природе. И получается, что наша работа во многом совпала с идеологией Стокгольмской конвенции.

У нас есть необходимый опыт, квалифицированные кадры, чтобы создаваемый региональный центр начал работу не на пустом месте.

– Каковы границы полномочий центра?

– Он считается одновременно и национальным, и региональным (то есть граница нашей работы должна охватывать всю Россию и Центральную Азию). Но пока это скорее перспективы роста, потому что мы только начинаем работу, нам еще предстоит выстроить систему филиалов в других государствах региона, подготовить сотрудников для них. И говорить о том, как это будет работать, преждевременно. В настоящее время мы дорабатываем план работы и развития центра до 2022 года, затем он будет передан на согласование в Минприроды и ФАНО. Ну и дальнейшая деятельность центра во многом зависит от того, в каком виде этот план будет согласован и принят. Нас, прежде всего, интересуют те его разделы, которые касаются аналитической работы. В конце концов, мы - исследовательский институт и, значит, не должны заниматься просто сбором статистики. Во главе угла должно быть получение первичных аналитических данных, которым можно было бы доверять.

– Скажите, насколько вещества, упомянутые в конвенции, опасны для природы и  человека?

– Очень опасны. Ряд веществ в этом списке обладает токсическими эффектами широкого спектра действия. Даже случайное попадание небольшой дозы в наш организм вызывает тяжелейшие последствия. Но главная проблема в том, что эти соединения чрезвычайно устойчивы, они практически не разлагаются в природных условиях. А если и превращаются, то зачастую с образованием еще более сильных токсикантов. А поскольку за столетие применения   этих веществ было произведено огромное количество, то ситуацию с загрязнением ими окружающей среды вполне можно назвать катастрофической. Эти соединения не только сохраняются десятилетиями в окружающей среде, они еще и распространяются по нашей планете.

Ведь как рассуждали в прошлом веке в развитых странах: перенесем все вредные производства в Азию и Африку, и сохраним у себя нормальную экологическую обстановку. Но они просчитались – СОЗ в силу своей устойчивости постепенно распространились по всему миру, и сегодня их следы обнаруживаются на территориях, которые традиционно считались экологически чистыми – на Байкале, в Гренландии, Арктике и т.п.

Усугубляет проблему эффект биоаккумуляции в растениях и животных, приводящий к тому, что содержание СОЗ в них становится в тысячи раз большим, чем в окружающей среде. Потом, когда мы употребляем пищевые продукты, СОЗ попадают в наш организм, и начинают накапливаться уже в нем. А ведь большая часть соединений из конвенционального списка еще и канцерогены.

– Существует ли проблема стран – нарушителей конвенции?

– Да, такая проблема есть. Для этого есть и объективные причины. Например, в список включены вещества-антипирены, препятствующие горению. Но если можно безболезненно ограничить их применение в быту, то для сельского хозяйства, промышленности и борьбы с рядом болезней они остаются пока незаменимыми. Для ряда стран отказаться от ДДТ - значит обречь себя на эпидемии малярии. Для других – пестициды и инсектициды являются средством сохранения урожая, а значит, защитой от голода. Не стоит забывать, что эти вещества задействованы во многих производственных процессах, и их исключение, конечно, ударит по многим отраслям экономики. Все это заставляет государства уклоняться от соблюдения требований конвенции в полном объеме. Конвенция позволяет даже после ратификации отложить принятие запретительных мер на срок до десяти лет. Например, Китай широко пользуется этим правом. А США вообще отказались подписывать конвенцию, хотя и участвуют в ней в качестве наблюдателей. Но решая одни проблемы, эти государства усугубляют другую – продолжающееся накопление СОЗ в окружающей среде. И такое положение вещей: серьезный вызов для будущего всего человечества, ответить на который без науки невозможно. Об этом, кстати, будут говорить на крупном международном совещании региональных центров в Барселоне, которое должно пройти в ближайшее время.

– Что НИОХ может сделать в этом направлении, помимо анализа собранной информации?

– Как координационный центр мы можем заниматься изучением накопления, распределения и аккумуляции СОЗ в различных объектах окружающей среды на территории азиатской части России и стран Центральной Азии, а также научным обеспечением работ по устранению последствий техногенных аварий там, где в силу каких-то обстоятельств концентрация этих соединений достигла особо высокого уровня и ситуация требует экстренного вмешательства. Еще одна сфера интересов центра – разработка способов безопасного обращения с СОЗ, включая поиск рациональных путей их утилизации.

Но пока что в деятельности центра очень много неопределенного. И связано это с тем, что пока не утверждено его финансирование. А без денег все проекты и планы так и останутся на бумаге. Надо понимать, что все аналитические и исследовательские работы, о которых мы говорили, требуют приобретения сложного и дорогостоящего оборудования. А без него мы просто не сможем выполнять работу в соответствии со стандартами, установленными для региональных центров конвенцией. Так что сейчас мы находимся на организационном этапе: формируем план работы, установили контакты с региональными центрами в Брно и Пекине, перенимаем их опыт работы. Все это позволило нам сформировать перспективный план деятельности центра с привязкой к общему Плану реализации Стокгольмской конвенции в РФ, и мы готовы отстаивать его в самых высоких инстанциях.

Наталья Тимакова

Хирурги Национального медицинского исследовательского центра имени академика Е.Н. Мешалкина провели успешное хирургическое лечение 22-летнего молодого человека с острым инфекционным эндокардитом. По статистике, пациенты с такой формой распространения септического процесса погибают практически в 100% случаев.

Пациент был госпитализирован в Центр Мешалкина в жизнеугрожающем состоянии: на фоне острого инфекционного эндокардита (воспаления внутренней оболочки сердца) развился абсцесс (скопление гноя в тканях) корня аорты, были разрушены аортальный клапан и подклапанные структуры сердца. Воспалительный процесс начал распространяться на митральный клапан, межжелудочковую перегородку.

По оценке специалистов, летальность у пациентов с острым инфекционным эндокардитом составляет 70%. В России ежегодно от данного заболевания погибают от 300 до 500 человек. Инфекционный эндокардит может возникнуть в любом возрасте. Потенциальными возбудителями патологии считаются примерно 128 разновидностей микроорганизмов.

«К сожалению, и в эру антибиотиков инфекционный эндокардит остается серьезной проблемой. Смертность от данной патологии не снижается. Опасность заболевания заключается в том, что на ранних стадиях у пациентов нет специфической симптоматики. Заболевание характеризуется повышенной температурой, выраженной слабостью, ознобом. Диагностировать эндокардит зачастую можно только тогда, когда проявляются симптомы клапанной патологии сердца. К этому моменту пациенту требуется хирургическое лечение», — комментирует врач-кардиолог кандидат медицинских наук Наталья Ивановна Глотова.

Первые симптомы заболевания у пациента появились в июне, подъем температуры до 40 °C молодой человек связал с проблемами с почками. После курса антибактериальной терапии состояние нормализовалось. К середине сентября температура вновь повысилась, началась лихорадка. Молодого человека госпитализировали в Дорожную клиническую больницу Новосибирска, где был поставлен диагноз.

«В кардиохирургическом отделении приобретенных пороков сердца проходят лечение пациенты с инфекционным эндокардитом, но септического процесса такого объема я не встречал за всю хирургическую практику. При остром септическом процессе, как у этого парня, разрушены почти все структуры сердца, больные погибают практически в 100% случаев», — констатирует сердечно-сосудистый хирург, директор Центра Мешалкина академик РАН Александр Михайлович Караськов.

Во время хирургического вмешательства специалисты радикально удалили гнойные массы, пораженный корень аорты, часть восходящего отдела аорты, подклапанные структуры и основание передней створки митрального клапана сердца. Следующим этапом химически обработали сохранившиеся структуры и окружающие ткани во избежание распространения воспалительного процесса. Кардиохирургическая бригада под руководством Александра Михайловича Караськова выполнила модифицированную процедуру Росса: хирурги провели забор легочного аутографта (ствол и клапан легочной артерии, межжелудочковой перегородки и выходного отдела правого желудочка), который имплантировали в аортальную позицию вместо разрушенного аортального клапана и восходящего отдела аорты пациента.

Операция прошла успешно, основной очаг инфекции удален. Молодой человек проходит реабилитацию в Центре. Ему предстоит длительная антибактериальная терапия. 

Технически сложное вмешательство стало возможно благодаря большому опыту Центра в выполнении процедуры Росса. НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина — единственное медицинское учреждение России, где применяют процедуру Росса при лечении пациентов с острым инфекционным эндокардитом.

Дарья Семенюта

1 ноября 2017 года ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра (ССЦ), один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй – в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства Академии сельскохозяйственных наук Китая). 

– Важно то, что мы говорим о встрече на столь высоком уровне не между политиками или бизнесменами, а именно учеными, - отметил один из организаторов визита, председатель правления компании «СибКРА» Андрей Коноваленко. – Встретились Сибирское отделение РАН в лице Института цитологии и генетики и Академия сельскохозяйственных наук Китая в лице Института овощеводства и цветоводства. Эта встреча показала, что ученым очень просто понять друг друга. И думается, что такое взаимопонимание обеспечит сотрудничество, полезное для обеих сторон.

Соглашение о сотрудничестве выросло из проекта совместного российско-китайского картофелеводческого кластера на территории Новосибирской области, работа над которым ведется с начала года. И создаваемые ССЦ, прежде всего, будут решать задачи по обеспечению его работы. Речь идет о создании новых сортов картофеля с заданными характеристиками (используя современные селекционно-генетические технологии) и о производстве необходимого семенного материала, от мини-клубней до элиты.

– Сегодня работы по картофелю являются первоочередными в рамках сотрудничества с китайской стороной, - отмечает зам. директора ФИЦ ИЦиГ СО РАН Иван Лихенко. – Однако, если говорить о перспективах, то одним картофелем мы ограничиваться не намерены, на встрече много говорилось о сотрудничестве в создании новых сортов зерновых и фуражных культур.

Создаваемые ССЦ будут иметь «зеркальную структуру»: каждое подразделение одного центра будет иметь свой аналог в другом. Таким образом ученые двух стран смогут лучше согласовать свою работу и обмен результатами.

– У нас уже есть аналогичный опыт работы с европейскими научными центрами, Всемирным центром картофелеводства в Перу, – рассказала директор Института овощеводства и цветоводства Цзинь Липин. – И мы думаем, что эта модель окажется успешной и в данном случае. А знакомство с работой наших коллег в ИЦиГ вызывает уважение. И мы считаем, что наше сотрудничество принесет не только дополнительные блага для экономик двух стран, но и весомые научные результаты.

Вслед за подписанием соглашения началась подготовка к непосредственной организации центров на территории обеих стран, обсуждение конкретных деталей их работы: где будут размещены конкретные лаборатории, каким оборудованием они будут оснащены и т.п. Быстрое прохождение этого этапа обеспечит возможность ССЦ приступить к полноценной работе уже в следующем году.

Наталья ТИмакова